KR100515434B1 - 자동차용드라이브트레인제어기 - Google Patents

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Abstract

운전자에 의해 요구되는 휘일 토크 또는 기어박스 출력 토크로서 해석되는 가속기 페달의 위치는 드라이브 트레인에 의해 전송되는 토크를 위한 목표 값을 계산하도록 드라이브 트레인 제어기(1)에 의해 사용된다. 이러한 제어는 선택기 및 제어 장치(6)를 포함하며, 목표 휘일 토크가 퍼지 시스템(27)에서 자동차의 다른 작동 변수와 함께 평가된다. 회로(6)는 휘일에 의해 도로상에 가해지는 휘일 토크를 한정하는 출력 신호(Mwheel_setp)를 출력한다.

Description

자동차용 드라이브 트레인 제어기{DRIVE-TRAIN CONTROL FOR A MOTOR VEHICLE}
본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 드라이브 트레인 제어기에 관한 것이다.
자동차의 엔진, 변속기 및 보조 조립체를 위한 공지된 제어시스템은 주로 독립적으로 작동한다. 즉, 이들은 서로에 대해 주로 독립적으로 제어되는 조립체의 작동 모드와 작업점(working point)을 형성한다. 또한, 예를 들면 CAN 버스 등의 형태인, 자동차의 드라이브 트레인의 개개의 구성요소간의 소통을 위한 수단이 이용될 수 있지만, 복합 사용의 일부로서 센서 데이터를 교환하는 데에만 주로 사용된다. 또한, 제어기는 특정 작동 동안, 소통함으로써 서로에 대해 영향을 미치며, 예를 들면, 기어 변속 기능을 개선하기 위해, 기어 변속비가 변하는 경우 엔진 토크가 감소된다.
다른 예는 구동 활주가 발생하는 동안 엔진 토크의 감소 또는 제동 동안 엔진 토크를 제어하는 것을 포함한다. 자동차의 상호연결 시스템을 위한 일례가 공지되어 있는데, 이러한 상호연결은 자동차용 통합식 드라이브 트레인 제어기를 얻기 위함이며, 이에 의해 가스 페달의 위치가 운전자에 의해 요구되는 휘일 토크로서 해석되며 자동차의 변속기와 엔진을 위한 설정점 값(set point values)을 계산하는데 사용된다(F & M 101(1993)3, 87쪽 내지 90쪽). 엔진 제어기, 전자 가스 페달 및 변속 제어기 서브시스템의 최적화의 목적은 연료소비를 줄이고 자동차의 구동 특성, 특히 가스 페달의 움직임에 대한 순간 반응과 관련한 구동 특성을 개선시키는 것이다.
종래의 출원(출원번호 제 DE 19637210.0호, 당소번호 GR 96 P 2072)에 따른 드라이브 트레인 제어기에서, 중앙 기준 변수(central reference variable)는 가속기 페달의 특정 위치에 의해(정상 상태) 운전자가 한정하는 설정점 휘일 토크이지만, 특정 가속기 페달 동력 상태, 즉 가속기 페달의 위치 변화의 속도 및 방법에 의해 한정되는 설정점 휘일 토크(set point wheel torque)이다.
도 1은 본 발명에 따른 통합식 드라이브 트레인 제어기를 도시한 도면이고,
도 2는 도 1에 따른 드라이브 트레인 제어기에서 사용되는 퍼지 룰 베이스(fuzzy rule base)를 도시한 도면이고,
도 3은 스케일링 장치를 포함하는, 도 1에 따른 드라이브 트레인 제어기의 다수의 구성요소를 도시한 도면이고,
도 4는 도 3에 따른 스케일링 장치의 작동방법을 설명한 선도이고,
도 5는 도 1에 따른 드라이브 트레인 제어기에 의해 처리되는 프로그램의 순서도이고,
도 6은 도 1에 따른 드라이브 트레인 제어기의 상세한 회로 블록을 도시한 도면이다.
본 발명의 목적은 일반적인 유형의 종래 기술 장치의 상술된 단점을 극복하는 자동차용 구동 트레인 제어기를 제공하기 위한 것으로, 이 자동차용 구동 트레인 제어기에서는 자동차의 드라이브에 의해 규정되는 가속기 페달 위치가 도로에 전달되는 설정점 휘일 토크로 변환된다. 이것은 피동 휘일들 중 하나를 위해 개별적으로 또는 전체 피동 후일 모두를 위해 전체적으로 결정될 수 있다.
설정점 휘일 토크를 규정함에 의한 피동 트레인의 제어는, 변속기의 작동점과 엔진 포인트 둘다 직접적으로 규정되지는 않지만 규정된 기준(criteria)에 따라서 자유롭게 조합될 수 있는 장점을 제공한다. 필요한 모든 것은 다음과 같은 관계식을 따른다. Mwheel_setp = Meng_setp*iA*iG*wv-Fbrake*r, 여기서, Mwheel_setp은 설정점 휘일 토크이고, Meng_setp은 설정점 엔진 토크이고, iA는 차동 변속비이고, iG는 기어 변속비이고, r은 휘일 반경이고, wv는 토크 변환기의 증폭 팩터이고, Fbrake는 설정되어질 제동력이다.
본 발명의 또 다른 이점은 전체적으로 자동차의 작동을 개선시킬 수 있다는 것이다. 엔진 제어기, 엔진 동력 조절장치 및 변속 제어기를 위한 방법은 특히 도시 지역에서 오염물(탄화수소, 질소산화물 등) 배출을 최소화하는 방법으로 중점적으로 한정된다. 또한, 주요 방법의 대상이 자동차의 구동 동력 지향 모드(driving power-oriented mode)일 수 있다. 이러한 모드에 의해, 모든 분산된 기능장치는, 운전자의 의도(wish)에 대한 신속한 구동 반응 및 최고로 가능한 가속이 이용가능하도록 설정된다. 이러한 모드는 스포티한 운전 스타일(sporty driving style)이나 오르막 도로를 운전시 필요하다.
본 발명의 실시예는 첨부된 도면을 참고하여 아래에서 보다 상세하게 기술된다.
통합식 드라이브 트레인 제어기(1)는 아래에 기술되는 구성요소들을 갖고 있다(도 1). 명확한 이해를 위하여, "회로" 또는 "블록"이라는 명칭은 개별적인 회로 또는 프로그래밍 구성요소와 관련하여 하기에서 자주 사용되지 않을 것이다.(예를 들어, 선택기 회로 대신에 선택기로 표기함).
중앙 분류 및 기준 형성(1.02)은 운전자-유형 및 운전자-요청 습득수단(회로)(2)과, 환경-유형 및 도로-유형 측정수단(3)(예를 들면 GPS)과, 구동-운동 및 구동-상태 탐지기(4)와, 그리고 정보 채널(5)(예를 들면, 무선 전화기 또는 위성 수신기)을 갖고 있다. 본 명세서에서 기호 "S"로 표기되는 다양한 센서로부터의 신호는 상응하는 신호 라인을 통해서 회로(2 내지 5) 및 드라이브 트레인 제어기(1)의 다른 회로 요소(후술됨)로 공급된다. 신호 라인은 다중 라인으로 도면에 도시되어 있으며, 또한 데이터 버스(data bus)로서 실시될 수 있다.
주요 구동 방법을 선택하며 이를 위해 주요 구동 방법 선택기로서 사용되는 제어 회로(6)는 라인(14 내지 18)을 통해 전술된 회로(2 내지 5)의 출력 신호를 수신한다. 제어 회로(6)는 브레이크 페달(20) 및 가속 페달(21)로부터 신호를 수신하는 휘일 토크 계산기(12)의 출력 신호를 라인(19)을 통해 수신한다.
그후에 휘일 토크 계산기(12)는 라인(19)상의 신호에 의한 동적 영향(dynamic influencing)을 수행한다. 주요 팩터는 설정점 휘일 토크에 영향을 미치는 영향 변수뿐만 아니라 휘일 토크의 증감을 일으키는 속도도 포함한다. 여기서, 통상적인 필터(예를 들면 제 1 차(1st order))를 이용하는 것이 가능하며 상기 필터의 시간 상수는 외부 영향 변수에 의해 한정되어 라인(19)상의 신호 에너지를 좌우한다. 또한, 특정 작동 동안에 설정점 휘일 토크를 일정하게 유지하거나, 규정된 시간 종속 함수에 따라 설정점 휘일 토크가 정보 채널(5)로부터의 현재 값에 접근하는 것이 바람직하다.(또한, 예를 들어 기어 변경의 경우, 일정하게 유지되는 단계 이후에) 이는 독립적으로 가속되는 차량의 영향을 피한다. 즉 운전자의 개입(intervention)을 피한다.
제어 회로(6)의 출력 신호는 기초 작동 변수 습득수단(7)과 전자 엔진 제어기 및 엔진 동력 조절장치(9)로 공급된다. 기초 작동 변수 습득수단(7)의 출력 신호는 운전자 정보장치 또는 디스플레이(16)와, 전자 엔진 제어기 및 엔진 동력 조절장치(EMS/ETC, 9)와, 전자 변속 제어기(EGS, 10)와, 그리고 브레이크 제어기(11)로 공급된다. 브레이크 제어기(11)는 ABS 시스템, 견인 제어 시스템(TCS) 및 구동 안정성 제어기(FSR)를 포함할 수 있다.
그리고나서, 기초 작동 변수 습득수단(또는 블록, 7)은 제어 회로(6)로부터의 규정된 방법에 따라서 전체 드라이브 트레인의 중앙 작동 변수들의 조정된 계산(coordinated calculation)을 실행한다. 기초 작동 변수 습득수단(7)에서, 예를 들면 변속비와 설정점 엔진 토크가 한정되지만, 또한 하이브리드 드라이브(hybrid drive)의 경우 개개의 작동점과 구동 유형도 한정한다. 이것은 종래보다 변속기 및 엔진에 대한 보다 폭 넓은 제어를 허용한다. 따라서, 엔진 토크는 변속비의 함수에 따라서 조절될 수 있다. 이것은 변속시 운전자가 더 이상 출력 토크의 손실을 보상하지 않아도 되기 때문에 자동차의 구동을 용이하게 한다. 그러나, 이것은 또한 오염물질의 배출을 효과적으로 감소시키는 방법이기도 하다(후술됨).
엔진 및 변속기의 작동 변수의 조정된 한정(cordinated definition)은 안정된 상태(즉, 휘일 토크 계산기(12)로부터의 일정한 휘일 토크 수요가 있을 때)에 주어질 뿐만 아니라, 초과 모드(over-run mode)로의 변경 또는 코너링(cornering)(이 경우 차량 속도가 감소됨)에 관련되는 것과 같이 동적 작동에 관련된 정보가 기초 작동 변수 습득 장치(7)에 의해 고려하여, 하류 기능적 장치(8 내지 11)를 조정한다. 따라서, 초과 모드의 경우에 현 변속비를 유지하고 동시에 초과 연료를 차단하는 것이 가능하다. 심한 코너링의 경우, 구동의 안정성을 유지하기 위하여 변속비를 고정하고(-> EGS), 부하 변화를 완충하거나 보다 느리게 발생하도록 하는 것(-> EMS/ETC)이 바람직하다.
그러나, 구동 특성 및 배출의 관리 측면에서의 집중화는 필요한 경우에만 처리되어야 한다(방법의 규정 또는 위임). 모든 다른 기능들은 가능한 독립적으로 분산된 제어 장치의 레벨에서 실행된다(예를 들어 구동 안정성 기능).
제어 회로 또는 장치(8 내지 11)는 조절 신호를 발생시키며, 조절 신호는 자동차의 드라이브 트레인(24) 개개의 조립체 또는 구성 요소를 제어한다. 즉, 엔진은 자동차의 브레이크, 변속기, 및 드로틀 밸브를 통해 제어된다. 조절 신호는 라인(A)을 통해 회로(9 내지 11)로부터 드라이브 트레인(24)의 조립체로 공급된다. 센서 신호(S)는 상응하는 라인을 통해 전술한 회로(9 내지 11)로 공급된다. 그러나, 제어 회로 또는 장치(8 내지 11)는 소위 국부 장치로서 제어되는 각각의 조립체와 결합될 수 있으며, 또는 이들과 통합될 수도 있다. 따라서, 예를 들면 전자 브레이크 액츄에이터의 경우에, 브레이크 제어기(11)가 브레이크 액츄에이터와 결합하는 것이 바람직하다. 이것은 제어 기능을 변경시키지 않는다.
드라이브 트레인(24) 개개의 구성요소는 도 1의 하부에 개략적으로 도시되어 있으며, 널리 공지되어 있기 때문에 상세한 설명은 하지 않는다. 하이브리드 드라이브의 경우, 즉 내연 기관이 전기 모터와 결합된 경우에, 내연 기관은 전기 모터 및 제너레이터(G)와 연결된다. 이러한 하이브리드 드라이브는 "VDI 보고서" 1995년 제 1225호의 281-297쪽에 개시되어 있다.
본 발명에 따른 전체 또는 조합된 드라이브 트레인 제어기의 기능은 주로 다음과 같다.
최소 배출 (HC, NOx) 작동 :
- 제어 회로(6)는 오염물질의 배출을 최소화하도록 전체 드라이브 트레인의 작동 모드를 설정한다.
- 중앙 "결정기", 즉 제어 회로(6)는 오염물질의 배출이 최소화되는 규정에 따라서 (예를 들어 도시 지역에서) 회로(9, 10)(EMS, ETC, EGS)의 주요 작동 변수를 계산한다. 이러한 규정은 다음과 같은 방법으로 하류 기능적 장치에 의해 실행될 수 있다.
-- ETC(전자 엔진 동력 제어기) : 내연 기관의 부하 변동이 (휘일 토크 계산기(12)에 의해) 감소되거나 작동 범위가 제한된다. 비정상 상태 작동을 피함으로써 오류없이 작동하여 배출을 감소할 목적을 갖는 폐쇄-루프 및 개방-루프가 가능하다. 배출의 질 또는 양적으로 바람직하지 않은 조성물을 갖는 작동 범위가 피해진다.
-- EMS(전자 엔진 제어기) : 낮은 배출 모드의 활성화, 예를 들어 내연 기관의 경우에 가속도 강화의 감소, 또는
- 드라이브의 유형 변경(예를 들어, 전기 모터, 수소 드라이브)
-- EGS(전자 변속 제어기) : 내연 기관에서 가장 낮은 배출을 하는, 예를 들어, CVT 또는 다단계 변속기를 갖춘 영역에서 가장 가능한 정도의 정상 상태 작동를 발생시킨다.
- 드라이브의 유형을 변경할 때의 적용(예를 들어, 기초 작동 변수 습득수단(7)에 의해 특별하게 조절된 수소 드라이브, 전기 모터). 특히, 이러한 기능의 경우, 주요 팩터는, 운전자의 요구가 가속도와 속도의 관점에서 최종 엔진 토크 및 변속비를 초래하는 다수의 조합을 허용하기 때문에, 엔진과 변속기 사이의 바람직한 상호작용이다. 시간에 걸친 두 개의 조작 변수에서의 편차의 조화된 프로파일이 또한 필요하다.
동력 지향 운전 모드(A power-oriented driving mode) :
최소 배출을 하는 작동과 유사하게, 모든 분산된 기능적 장치는 운전자의 의도에 대한 드라이브의 즉각적인 반응과 최고 가속도가 유효해지는 방법으로 설정된다. 이는 스포티한 운전 스타일이나 오르막 도로에서 필요하다.
도 1은 상기와 같은 기능의 분배 구조를 도시하고 있다. 그러나, 상위 규정에 영향을 미치는 낮은 제어 레벨의 결정은, 필요하다면, 높은 제어 레벨로 신호를 보낸다. 이것은 아래에서 상세하게 설명될 것이다.
운전자-유형 및 운전자-요청 습득수단(또는 회로, 2)은 운전 스타일(유형), 즉 동력 지향 운전과 경제 사이의 분류를 습득하는 기능을 한다. 그러한 기능의 한 예는 EP 0 576 703 A1에 개시되어 있다. 운전자의 운전 스타일을 특정하는 신호는 라인(14)을 통해 제어 회로(6)로 공급된다.
환경-유형 및 도로-유형 측정수단(3)은 도로의 유형(도시 지역/간선도로/고속도로)을 결정하지만, 추가 센서에 의해 공기 오염의 전반적인 등급을 결정하기도 한다. 만일 자동차의 소재지가 (CD-ROM상의) 디지털 카드와 관련하여 GPS(위성 위치 확인 시스템)에 의해 알려진다면, 국부적인 공기 오염에 대한 정보는 제어 회로(6)에서 이용가능할 수 있다.
또한, 구동-운동 및 구동-상태 탐지기(4)에서 실행되는, 종방향 및 횡방향 안정성에 관한 정보와, 드라이브/제동 활주와, 도로의 오르막과, 코너링 등과 같은 개개의 구동 기동성의 탐지는 구동 방법의 선택을 결정하는데 사용될 수 있다. 또한, 이러한 정보는 드라이브 트레인(24)의 적절한 작동 모드는 중간 기간 작동 방법에 의해 짧은 기간 안에 달성될 수도 있도록 기초 작동 변수 습득수단(7)에서 이용할 수 있다. 여기서, 블록(6 및 7)을 위한 이러한 정보는 분산된 제어 장치(예를 들어 브레이크 제어기(11)의 ABS/TCS/FSR의 차량 이동 동적 안정성과 관련하여) 또는 정보 채널(5)로부터 발생될 수도 있다. 정보 채널(5)은 예를 들어 교통 관리 당국에 의한 중앙 "제어 관청"에 의해 제공되는 정보를 이용할 수 있다. 따라서, 중앙에서 작동의 낮은 배출 모드를 제어하는 것이 가능하다.
제어 회로(6)는 하류 기초 작동 변수 습득 장치(7)를 위한 주요 구동 방법 선택을 결정하는 기능을 하며, 하류 기초 작동 변수 습득 장치는 순서대로 조정된 방식으로 분산된 제어 장치를 위한 중앙 작동 변수를 결정한다. 라인(14, 15, 17 및 18)상의 정보는 고정 설정 룰, 특히 퍼지 논리 장치의 룰 베이스에 의해 처리된다. 또한, 수학식 알고리즘 또는 신경 망에 의해 평가되는 것이 가능하다(블록(6, 9, 11 및 12)에 대한 더 자세한 설명은 도 3과 관련되어 설명됨).
센서(S)는 개개의 조립체를 위한 분산된 제어장치 및 장치(2 내지 5)에서 드라이브 트레인 제어기(1)의 상부 층의 기준(criteria) 및 분류(classification)의 형성을 위해 필요한 신호를 공급한다. 기능 블록에 관한 센서의 위치측정은 각각의 제어 장치(ECU)의 센서 신호 조절수단과 정보 싱크 사이의 소통이 보장되는 한, 보조 역할을 한다. 기능 장치는 물리적으로 존재하여 조합되며 여기에서 제어 장치는 또한 기능적 구성 측면에서 중요하지 않다. 따라서, 운전자 유형 및 운전자 요청 습득 수단을 위하여 전자 변속 제어기(EGS, 10)에 통합되는 것이 완벽하게 가능한 동시에, 환경 유형 및 도로 유형 분류 수단이 블록(11, 종방향 및 횡방향 동적 제어기)에 수용될 수 있다.
또한, 중앙 컴퓨터도 장치(12, 6, 7)를 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같은 가상 구조가 종합 개선 기능을 얻기 위하여 필수적이다. 여기서 중요한 역할은 고속 시리얼 버스 소통(high-speed, serial bus communication)(예를 들어 CAN 버스)으로서 편리하게 실행되는 물리 장치간의 소통에 의해 실행되는 것이다.
운전자가 가속 페달에 의해 발생시키는 규정치는 블록(12)에서 설정점 휘일 토크 규정치(setpoint wheel torque precribed value)로 전환된다. 즉, 드라이브 휘일에 의해 도로에 전달되어지는 토크로 전환된다. 추가 구동 저항(오르막 경사, 도로 구동)과 같은 주위 상태의 영향은 물리적 실재성으로부터 운전자를 격리시키는 것을 피하도록 본 명세서에서 고려하지 않는다.
블록(12)은 도 1에 구분되어 도시되어 있지만, 분산된 제어 장치(8 내지 11 또는 16) 내에 수용될 수도 있다. 블록(1 내지 7)에도 동일하게 적용된다. 라인(19)상의 신호는 목표 휘일 토크(desired wheel torque)로서 또는 설정점 휘일 원주력이나 설정점 변속 출력 토크로서 출력될 수 있다. 여기서, 브레이크 페달(20)상의 연속 정보에 의해 음(negative)의 설정점 휘일 토크 또는 설정점 원주력을 규정하는 것도 가능하다. 따라서, 구동 장치(예를 들어 내연 기관, 전기 모터, 회전 플라이휘일) 또는 감속, 에너지 소비 장치(예를 들어 서비스 브레이크, 동력 발생기, 고정 플라이휘일)의 통합 관리가 가능하다. 운전자에 의해 규정되는 휘일 토크에 대한 대안으로서, 구동 속도 제어기(DSC, 23)에 의해 규정될 수도 있다.
기초 작동 변수 습득수단(7)과 장치(9, 10, 11) 사이의 정보 채널은 양방향으로 사용될 수 있다. 이러한 이유는 기초 작동 변수의 계산을 위한 기초로서 운전자 유형, 환경 및 구동 기동성과 같은 외부 조건을 이용할 뿐만 아니라 드라이브 제어 장치의 내부 규정 작동 상태를 고려해야 하기 때문이다. 따라서, 저온 시동 후에, 촉매 전환기의 가열을 촉진하도록 높은 회전 속도로 내연 기관을 작동하는 것이 중요하다. 또한, 추가 열원(예를 들어 전기 가열 촉매 전환기)은 엔진 드라이브 상에 추가 부하를 구성한다. 동일한 목적을 위한 저온 시동(임의의 환경 하에서 2차 공기의 분사) 후에 지연 설정을 향한 점화의 조절은 드라이브의 특성을 변화시키고, 이는 기초 작동 변수 습득 장치(7)에 의해 고려되어야 한다(예를 들어 높은 엔진 속도로 기어 변속점을 이동함으로써).
유사하게, 변속기의 특정 작동상태는 변속비의 계산에 영향을 미칠 수 있다(예를 들어 변환기 록업(converter lockup)과 결합할 때의 저온 기어 오일; 변속기가 초과 온도에 있을 때, 오일 냉각기를 통해 변속기의 오일 펌프의 용적 처리비를 증가시키는 영역으로 엔진 속도를 바꾸는 것이 적절하다). 엔진 토크로의 다른 간섭, 예를 들어 변속기(CVT : 변속비 조절에 의해 높은 펌프 동력으로 상승)의 효율 손실 또는 공조 압축기의 결과로서의 토크의 손실을 보상하기 위한 증가는 기초 작동 변수 습득 장치(7) 내의 조치에 의해 지지되지 않는 한, 블록(8 내지 11)에 의해 표현되는 제어 레벨로 발생한다.
본 발명에 따른 드라이브 트레인 제어기에 의해서, 구동 유형 및 구동 상황에 관련된 구동 동력 요구의 경우 또는 오르막 및 내리막 경사에 따른 구동시의 기어 변속뿐만 아니라, 드라이브 소스(drive source)를 포함하는 전체 드라이브 트레인의 제어도 또한 다른 기준으로 처리되며 다른 기준에 적용하는 것이 가능하다.
따라서, 임계적 상황 및 구동 기동성은 막 설정된 일반적인 방법에 특히 독립적으로, 상황 관련 유형에서 현 변속비를 적응시키는 것이 필요하며 적절할 수 있다. 본 발명에 따른 제어 개념에서, 이 같은 동적 보정은 엔진의 제어와 기능적으로 결합된다(일례는 엔진 오버런 연료 차단의 활성화 및 기어 속도의 조정 유지이다).
블록(휘일 토크 계산기, 12) 내에 임의의 엔진 특정 변수를 포함하지 않는 것이 바람직하며, 예를 들어 하이브리드 드라이브 경우, 드라이브 유형의 선택은 이러한 결정 레벨에서는 돌출되지 않는다. 그러나, 특히 높은 레벨의 동력 엔진을 구비한 차량의 경우, 예방책으로서의 시스템의 감도를 다소 감소시키기 위해(동일한 가속기 페달로 적은 휘일 토크를 발생시킴) 견인 조건(겨울 모드, μ-스플릿 기초면)과 같은 팩터를 포함하는 것이 유용하다. 일반적으로, 휘일 토크로의 가속 페달 위치의 변환은 설정점 휘일 토크를 형성하도록 다중 부속품과 결합된 퍼지 시스템으로 실행될 수 있다.
또한, 본 발명의 이점은 자동차 감속 장치와 드라이브 소스에 영향을 주고 또한 음의 값으로 휘일 토크를 작동하는 통합식 휘일 토크 관리 장치에 있다. 이러한 의미로, 전자 브레이크 동작을 갖는 브레이크 장치로의 연결을 제공하는 것이 특히 간단하다("와이어에 의한 브레이크").
변속비와 각각의 설정점 엔진 토크뿐만 아니라 개개의 작동점과 드라이브의 유형도 기초 작동 변수 습득 장치(7)에서 한정된다. 여기서, 운전자의 규정 값에 따라서 가능한 강력한 휘일 토크-조절 작동만이 아니라, 실재 휘일 토크도 오염물 배출을 위한 값의 중앙 규정에 의해 제한되거나 영향을 받을 수 있다. 그러나, 이러한 간섭은 구동 특성을 제한하지 않고 실행이 가능한 한 운전자 정보 디스플레이(16)에 의해 운전자에게 지시되어야 한다.
블록(2 내지 7, 12 및 16)은 독립 장치(제어 장치) 내에 수용될 수 있거나 또는 장치(8 내지 11)에 통합될 수 있다. 이러한 융통성은 본 발명의 또 다른 장점이다.
개개의 제어 장치간의 데이터의 교환은 토크 베이시스(torque basis)로 실행된다. "토크 베이시스"는 다음과 같이 이해된다. 만일 예를 들면, 엔진 토크의 감소가 변속기에 의해 요청되면 목표 토크, 즉 목표 엔진 토크를 나타내는 엔진 제어기로 변수가 전송되며, 예를 들면, 점화각의 5% 감소를 요청하지 않는다. 반대로, 예를 들면 변속 제어기의 현 작업점에서 엔진 토크를 결정하기 위하여, 변속 제어기 내에 저장된 매트릭스에 의해 현 엔진 토크를 결정할 수 있게 하는 드로틀 밸브 위치 및 엔진 속도는 전달되지 않지만, 그 대신 엔진 제어기는 인터페이스(예를 들면 CAN)를 통해 변속 제어기로 현 엔진 토크를 전달한다.
퍼지 논리는 다중 기준 베이시스(multiple criteria basis)로 라인(19)상에 출력되는 휘일 토크 신호(정상 상태)(Mwheel-setp,stead)를 계산하는데 특히 유익한 방법이다. 종래의 특성 도표 방법에 의해, 최대 3차원으로 나타내는 것이 가능하며, 이러한 제한은 퍼지 논리로 해결된다. "그리고(AND)"(또는 "또는(OR)")와 논리적으로 연결된 규칙에서 다양한 전제를 통합하는 것이 가능하다. 퍼지 논리 방법에 따라서, 중간 값은 이러한 전제가 완전히 충족되지 않으면 발생한다. 이러한 방법으로, 특성 도표 보간법과 유사한 방법으로 중간 값을 생성하는 것이 가능하다. 또한, 다수의 규칙은 전체 결과가 감소 또는 증가(예를 들어 디퍼지피케이션(defuzzification)을 위한 중심 방법에 의해)되는 방법으로 동시에 최종 결과에 영향을 미칠 수 있다.
퍼지 룰 베이스의 일례가 도 2에 도시되어 있으며, 사이퍼지(SieFuzzy)라는 명칭으로 상업적으로 이용되고 있는 개선 장치의 스크린 상에 도시되어 있다. 퍼지 룰 베이스에서 룰 베이스 1의 입력 변수는 다음과 같은 의미를 갖는 물리적 변수이다.
V_x : 종방향 차량 속도
BRAKE : 브레이크 페달의 위치
FP_act : 가속 페달의 위치
iG : 변속비
gs_pos : 기어 변속 위치
a_y : 횡가속도
운전자 : 운전자 유형을 나타내는 변수
부하 : 자동차의 부하 상태를 나타내는 변수
stwa : 핸들 각도
Mwheel : 휘일 토크
Meng : 엔진 토크
frict lock : 마찰 잠금
latacc_abs : 구동 기동성
"Crisp"는 (언어 변수와는 달리) 변수가 수치라는 것을 의미하고, "FLOAT"는 데이터 유형이다.
룰 베이스 1은 개개의 변수를 위해, 처리 설명을 부분적으로 갖춘 설명의 형태로 부분적으로 다음과 같은 룰을 포함하고 있다.
룰 1 (실제 가속 페달 위치와 관련) : 운전자에 의해 가해지는 편차의 등급이 클수록 휘일의 토크와 최종 차량 가속도 및 속도가 커진다.
만일 V_x가 매우 작음보다 크고 그리고 FP_act가 크다면 Mwheel은 라아지이다(IF V_x IS greater very_small AND FP_act IS large THEN Mwheel IS large)
룰 2 (차량 속도와 관련) : 매우 낮은 구동 속도에서, 운동 동안 차량이 용이하게 구동되도록 상대적으로 낮은 레벨에서 휘일 토크를 "부여"하는 것이 유용하다.
만일 V_x가 매우 작고 그리고 FP_act가 크다면 Mwheel은 미디움이다(IF V_x IS very_small AND FP_ACT is large THEN Mwheel IS medium)
룰 3 (구동 상황/도로 유형과 관련) : 미끄러운 노면의 경우에 설정점 휘일 토크를 감소시키는 것이 바람직하다. 또한, 멈춤 및 진행 교통상황이 탐지될 때도 적용된다(구동 특성의 개선, 드라이브의 "약한 반응"). 한편, 가속도의 형태로 반응하는 차량의 성능 또는 구동 감각을 유지하기 위하여, 증가된 부하 또는 오르막 경사에 따라 구동할 때 특정 가속 페달 위치로 더 큰 설정점 휘일 토크를 할당하는 것이 바람직할 수도 있다.
만일 부하가 크면 Mwheel은 플러스_미디움이다(IF load IS large then Mwheel IS plus_medium)
룰 4 (기어비, 즉 변속비와 관련) : 기어 속도와 독립적인 휘일(13)에서의 토크를 설정하는 기본 개념과 모순된다고 하더라도, 더 높은 기어 속도에서 설정점 휘일 토크를 다소 감소하는 것이 적절할 수도 있다. 실제로, 많은 운전자들이 기어의 변속 후에 엔진 토크의 자동 증가에 의해 방해받을 가능성이 있다. 한편, 기어 변속 후에 이러한 토크 효과가 기어가 약간의 교란 효과(ASG : 자동화 수동 변속기 : 견인력의 중단)를 갖는 변속기의 유형이 있다.
만일 기어 속도가 크면 Mwheel은 마이너스_미디움이다(IF gear speed IS large THEN Mwheel IS minus_medium)
룰 5 (기어 변속 위치와 관련) : 역전 기어를 위한 위치 "R"에서, N 또는 P에서와 같이 반응성을 감소시키는데 적합하다(비-마찰 결합 작동).
만일 gs_pos가 (N 또는 P 또는 R)이면 Mwheel은 마이너스_라아지이다(IF gs_pos IS (N or P or R) then Mwheel IS minus_lagre)
룰 6 (드라이브 유형과 관련) : 만일 하이브리드 드라이브가 있다면, 비교적 약한 드라이브 소스(예를 들어 전자 모터)의 경우에, 제어 가능성을 증가시키기 위하여 민감성을 감소시키는 것이 유용할 수도 있다. 즉, 보다 적은 양의 휘일 토크가 가속 페달의 동일한 위치에 대하여 생성된다. 이러한 룰에 의하여, 가속 페달이 완전히 눌려졌을 때 최대 휘일 토크가 감소하는 이치로 상이한 스케일링(scaling)을 달성할 수 있다.
만일 Meng,max(t)가 낮으면 Mwheel은 마이너스_미디움이다(IF Meng,max(t) IS low then Mwheel IS minus_medium)
룰 7 (구동 유형과 관련) : 스포티한 운전자(sporty driver)는 높은 레벨의 반응력을 원한다고 생각할 수 있다.
룰 8 (드라이브/변속기의 상태 변화와 관련) : 마찰식 잠금 모드로 변속 위치의 변화가 있다면, 브레이크가 가압되지 않는 경우에 0에 가깝게 휘일 토크를 유지하는 것이 유용하며 안전도를 높인다.
만일 ((gs_pos이 마찰 잠금되고) 그리고 (brake가 가압되지 않는다))면 Mwheel은 베리_스몰이다(IF ((gs_pos IS to_frict lock) AND (brake IS not_depressed)) THEN Mwheel IS very_small)
룰 9 (횡방향 가속도와 관련) : 극단적인 구동 기동성의 경우에도 반응성을 감소시키는 것이 유용하다(안전성 한계에서).
만일 latacc_abs가 매우 크면 Mwheel은 마이너스_미디움이다(IF latacc_abs IS very large THEN Mwheel is minus_medium)
도 3은 본 발명에 따른 통합식 드라이브 트레인 제어기에서의 토크 요청의 추가 처리를 실행하는 간단한 방법을 도시하고 있으며, 도 1의 회로 블록(6, 9, 11 및 12)을 상세하게 도시하고 있다. 운전자의 요구에 의해 참조되는 휘일 토크 계산기(12)는 킥다운(kick-down) 신호가 수신될 때 최대 드라이브 토크를 계산하는 회로 블록(26)을 포함하고 있다. 부여된 최대 엔진 토크가 안전에 있어서 중요하기 때문에 킥다운 신호는 독립적으로 평가된다. 휘일 토크 계산기(12)는 또한 퍼지 시스템(27), 후술되는 스케일링 회로(28) 및 최대값 형성기(29)를 포함하고, 상기 퍼지 시스템(27)은 전술한 룰 베이스를 포함하고, 도면에 도시되어 있는 입력 신호를 수신하며, 상기 최대값 형성기(29)는 제어 회로(6)로 스케일링 회로(28) 또는 회로 블록(26)의 출력 신호들 중 더 큰 것이 통과한다. 또한, 스케일링 수단(28)은 현 변속비와 최대 엔진 토크에 대한 정보를 제공하는 신호를 수신한다.
휘일 속도 신호는 휘일 슬립 계산이 유도되는 견인 제어 회로(TCR)를 포함하는 브레이크 제어기(11)로 공급된다. 휘일 슬립 회로(wheel slip sirsuit; 30)에서, 개개의 휘일(13)의 슬립이 계산되고 휘일 토크는 토크 모니터링 회로(31)에서 한정된다. 브레이크 제어기(11)의 TCS로부터의 출력 신호는 제어 회로(6)로 통과한다. 제어 회로는 블록(29 및 31)의 신호와 견인 제어기(ASR)와 엔진 활주 제어기(MSR)의 활성화 신호를 수용하는 최대/최소 값 형성기(40)를 포함한다. MSR 또는 ASR 상태가 활성화되어 있는지에 따라서 전술한 신호 중에서 크거나 작은 것이 전기 엔진 제어기(9)로 지나간다.
언어 값(퍼지화)에 대한 물리적 변수의 함수의 결과에 따라, 물리 값으로 언어 결과의 할당과, 룰 베이스(추론 구성) 처리의 결과로서, 임의의 환경 하에서 손실되는 퍼지 룰 베이스의 입력 변수 및 출력 변수 사이의 물리적 관계가 분실될 수 있다.(예: 어느 드로틀 밸브 위치가 어느 운전자의 목표 토크에 상응하는가?). 이러한 이유 때문에, 퍼지 시스템(27)의 출력 신호가 스케일링 회로(28)에서 스케일링된다.
운전자의 토크 요구에 관련된 퍼지 출력 신호의 스케일링을 실행할 수 있는 다양한 방법이 있다(도 4). 현재의 작업점을 위한 최대 엔진 토크가 가능하기 때문에, 운전자가 얻는 최대 토크 및 운전자가 더 많은 엔진 토크를 얻지 않고 상대적으로 높은 페달 값의 경우 만들 수 있는 공회전(idle motion)은 스케일링 팩터의 선택에 따르지만, 최대 토크는 작다. 차량 시뮬레이션의 결과는 룰의 개념을 확인하는데 사용된다. 소위 고속도로 사이클은 시뮬레이션 차량 모델을 통해 움직인다. 여기서 실행된 스케일링의 결과가 도 4에 도표로 도시되어 있다. 엔진 속도는 횡좌표로 정해지고, 엔진 토크 Meng는 세로좌표로 정해진다. 드로틀 밸브 위치(TVP)에 대한 이들의 종속은 다양한 TVP 각도를 위한 곡선에 의해 고려된다. 예를 들어 10°의 TVP 각도에서의 현 엔진 토크, 최대 엔진 토크, 및 TVP=100°에서의 절대 최대 엔진 토크는 도표로부터 직접 얻을 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 드라이브 트레인 제어기(1)에 의해 처리되는 순서도이다. A에서 시작하여, 프로그램은 다음과 같은 단계(s1 내지 s11)로 실행된다.
s1 : 필요에 따라, 구동 속도 제어기(DSC)가 활성화된다.
s2 : 가속기 페달 또는 브레이크 페달에 관련된 정보는 설정점 휘일 토크(블록 12)로 전환된다. 구동 속도 제어기는 경우에 따라 포함될 수 있다. (도 1 내지 도 4를 참조하여 상기 기술된 광범위한 작동은 순서도의 명료성을 개선시키기 위해 단계 s2에 의해 나타난다.)
s3 : 운전자 환경, 및 구동 기동성은 분류되거나 탐지된다(블록 2, 3 및 4).
s4: 정보 채널(5)은 질문을 받는다(블록 6).
s5: 주요 구동 방법은 블록 6에서 선택된다.
s6: 드라이브 트레인에 대한 기본 작동 변수들이 선택된다(블록 7).: 드라이브 소스 또는 감속 소스, 드라이브 소스 및 감속 소스의 작용점의 계산, 변속기 작용점의 계산(블록 7).
s7 : 구동 안정성은 ABS, 기관 동력 조절 장치 TCS, 및 구동 안정성 제어기(DSC) 등으로 측정된다.
s8 : 구동 안정성 조정의 발생 여부를 결정하기 위해 의문 사항을 갖는다(블록 7 또는 9). 의문 사항이 있다면 들어간다.
s9 : 드라이브 토크 또는 제동 토크는 드라이브 내에서 수정된다(블록 7 또는 9). 그렇지 않으면 다음 단계에서 질문 사항을 갖는다.
s10 : 드라이브 내에서 효율 손실의 발생 여부를 결정하기 위해 의문 사항을 갖는다. 의문 사항이 있다면 단계 내로 들어간다.
s11 : 구동 동력이 증가된다. 이 때, 또한 질문 사항이 없으면, 프로그램은 이 지점에서 종결된다.
끝(end)
휘일 토크 계산기(12′)의 또 다른 실시예는 도 6을 참조하여 보다 상세히 설명되어질 것이며, 도 6에 도시되어진 신호의 동적 영향(signal dynamics)은 매우 중요하다. 신호 라인은 도면에서만 사용되는 참조 부호 -1′- 내지-12′및 27′에 의해 지정된다. 신호 라인으로 전달된 신호는 도면 하단에 기술되어 있다. 휘일 토크 계산기(12′)는 라인-9′- 상의 퍼지 시스템(27′)으로부터 수신된 신호의 동적 영향을 수행한다. 결정적인 요소는 고정점 휘일 토크(Mwheel_setp)에 영향을 끼치는 변수이며, 휘일 토크가 얼마나 신속하게 증가되거나 감소되는냐 하는 것이다. 여기에, 통상적인 필터(1차 실시예)로 이용되고, 통상적인 필터의 시간 상수는 외부 영향 변수에 의해 한정되어, 라인(10′) 상에 신호의 동적 영향이 미친다. 특정 작업에 대한 고정점 휘일 토크 상수를 유지하고 상기 상수를 전술한 시간 종속 함수에 따라 블록(5′)으로부터 현재 수치와 근접하게 하는 것이 바람직하다(일정하게 유지되는 상태 이후에, 예를 들어 기어가 변화하는 경우). 이는 차량이 운전자의 개입없이 독립적으로 가속화되는 영향을 방지한다.
휘일 토크 계산기(12′)의 작업 모드의 다수의 예가 지금부터 설명되어질 것이다.
A : (영향을 미치는 가변 행로 형태) :미끄러운 경우에는, 휘일 토크 내에 감속이 커진다.
B : (영향을 미치는 가변 구동 양식) : 스포티한 운전자의 경우에는, 휘일 토크 내에 급격한 증가가 발생한다.
C : (상태에 영향을 미치는 변수 변화) : 견인력의 방해로 변속기에서 기어 변속 작동의 경우, 기어 변속이 보다 완만하게 이루어지기 위해 (변속 작업 이후에 퍼지 시스템(27′)으로부터 현재 정해진 수치에 근접하도록) 감속 형태로 증가되거나, 또는 휘일 토크는 감속 작동 중에 동결된다. 마찰 잠금 모드에서 변속후의 경우 휠 토크는 안락함과 안전성을 개선시키기 위해(예를 들어, 방지하기 위해 버킹(bucking)을 방지하기 위해) 감속 형태로 증가된다.
D : (영향을 미치는 가변 횡단 가속도): 휘일 토크 내에 감속이 증가된다.
E : 공회전(idle motion)을 방지하기 위해 변속된 이후에 고정점 휘일 토크 (Mwheel_setp)를 감소시키기 위한 또 다른 방법은 블록(27′)과 블록(12′) 사이에 (예시되지 않은) 증배기를 배열하기 위해 변속비(iG)에 의해 라인 -9′-상에 전달된 정상 상태 내에 설정점 휘일 토크의 신호(Mwheel_setp, stead)를 증가시키는 것이다. 이것은 동일한 가속기 페달 위치를 위한 기어 속도의 증가로 설정점 휘일 토크를 감소시킨다.
소정의 방법에서, 본 발명은 다음과 같이 특징지어질 수도 있다. 드라이브 트레인 제어기(1, 도 1)는 드라이브 트레인에 의해 출력되는 토크를 위한 설정점을 계산하도록 운전자에 의해 요구되는 휘일 토크 또는 변속기 출력 토크로서 해석되는 가속기 페달 위치를 사용한다. 드라이브 트레인 제어기(1)는 목표 휘일 토크가 퍼지 시스템(27)에서 자동차의 다른 작동 변수와 함께 평가되는, 선택기 및 제어 회로(6)를 포함한다. 상기 회로(6)는 휘일에 의해 도로상에 가해지는 휘일 토크를 한정하는 출력 신호 (Mwheel_setp)를 출력한다.

Claims (12)

  1. 엔진, 변속기, 토크 변환기 및 휘일을 포함하는 드라이브 트레인과, 지연 장치를 구비하는 브레이크 시스템과, 브레이크 페달과, 그리고 가속기 페달을 구비한 자동차용 드라이브 트레인 제어기로서,
    상기 가속기 페달의 위치를 운전자에 의해 요구되는 목표 변속 출력 토크 및 목표 휘일 토크 중 하나로서 해석하고 상기 드라이브 트레인의 토크 출력에 대한 설정점 값을 계산하기 위해 상기 가속기 페달에 연결되는 휘일 토크 계산 회로,
    퍼지 시스템 및 중앙 구동 방법 선택기 회로를 가지는 제어 회로, 및
    상기 휘일에 의해 도로상에 가해지는 설정점 휘일 토크를 결정하기 위한 상기 휘일 토크 출력 신호를 수신하는 엔진 동력 조절 장치를 포함하며,
    상기 퍼지 시스템은 퍼지 출력 신호를 생성하기 위해 상기 자동차의 작동 변수 및 환경 변수와 함께, 상기 목표 휘일 토크를 수신하여 평가하며,
    상기 중앙 구동 방법 선택기 회로는 상기 퍼지 시스템으로부터의 상기 퍼지 출력 신호와 상기 자동차의 구동 상황 변수를 수신하여 상기 드라이브 트레인의 작동 모드를 조절하기 위해 상기 중앙 구동 방법 선택기 회로의 규정가능한 기준을 이용하여 휘일 토크 출력을 발생시키는,
    자동차용 드라이브 트레인 제어기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 설정점 휘일 토크는 상기 자동차의 각각의 개별 휘일에 대한 유일한 설정점 휘일 토크를 한정하는,
    자동차용 드라이브 트레인 제어기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 퍼지 출력 신호를 수신하고 스케일링된 퍼지 출력 신호를 발생하는 스케일링 회로를 포함하며,
    상기 스케일링 회로는 상기 자동차의 구동 및 작동 상황의 함수로서 출력되어지는 각각의 최대 휘일 토크용 최대 가속기 페달 위치에 대응하는 상한치를 한정하는,
    자동차용 드라이브 트레인 제어기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 자동차의 상기 구동 및 작동 상황의 함수로서 한정되는 하나의 타입 및 필터 변수를 가지는 필터를 포함하며,
    상기 필터는 상기 스케일링된 퍼지 출력 신호를 수신하여 필터링하는,
    자동차용 드라이브 트레인 제어기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 휘일 토크 계산 회로는 상기 브레이크 페달 및 상기 가속기 페달의 위치를 결정하기 위해 상기 가속기 페달 및 상기 브레이크 페달로부터 입력 신호를 수신하고 상기 입력 신호로부터 상기 드라이브 트레인의 상기 지연 장치 및 상기 엔진 조절 장치용 중앙 제어 변수를 발생하는,
    자동차용 드라이브 트레인 제어기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 드라이브 트레인으로부터 수신되는 센서 신호를 평가하고 상기 자동차의 작동 변수를 분류하고 분류 장치 출력 신호를 발생하기 위한 분류 장치를 포함하는,
    자동차용 드라이브 트레인 제어기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어 회로는 상기 분류 장치 출력 신호를 수신하고 구동 방법은 상기 분류 장치 출력 신호를 참조하여 상기 제어 회로에서 선택되며,
    상기 휘일 토크 계산 회로 및 상기 제어 회로의 출력 신호를 수신하는 다수의 분산된 제어 장치를 포함하고, 상기 엔진, 상기 변속기, 및 상기 브레이크 시스템 중 하나 이상을 위한 제어 신호가 상기 출력 신호로부터 생성되는,
    자동차용 드라이브 트레인 제어기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 엔진, 상기 변속기, 상기 브레이크 시스템 및 상기 토크 변환기의 작동점의 주어진 설정점 휘일 토크는 아래의 관계식을 충족하기 위해 제어되며,
    상기 관계식은,
    Mwheel_setp = Meng_setp*iA*iG*wv-Fbrake*r
    여기서,
    Mwheel_setp은 설정점 휘일 토크이고,
    Meng_setp은 설정점 엔진 토크이고,
    iA는 차동 변속비이고,
    iG는 기어 변속비이고,
    r은 휘일 반경이고,
    wv는 토크 변환기의 증폭 팩터이고,
    Fbrake는 설정되어질 제동력인,
    자동차용 드라이브 트레인 제어기.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 설정점 휘일 토크는 기어 변속의 경우 하나의 값으로 일정하게 유지되는,
    자동차용 드라이브 트레인 제어기.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 설정점 휘일 토크는 규정된 시간 함수에 따라, 상기 퍼지 시스템에 의해 공급되는 전류값에 접근하게 되는,
    자동차용 드라이브 트레인 제어기.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 설정점 휘일 토크는 일정하게 유지되는 단계 후 규정된 시간 함수에 따라, 상기 퍼지 시스템에 의해 공급되는 전류값에 접근하게 되는,
    자동차용 드라이브 트레인 제어기.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 자동차는 하이브리드 드라이브를 가지며 상기 제어 회로는 상기 하이브리드 드라이브의 드라이브 소스를 선택하는,
    자동차용 드라이브 트레인 제어기.
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